【摘要】：KDP晶體作為ICF激光驅動器中的倍頻元件,需要承受高通量的紫外激光輻照,在實際應用中極易發(fā)生損傷,成為了限制負載通量的一個重要因素。因此,KDP晶體的損傷問題成為人們密切關注且迫切解決的問題。目前對KDP晶體的損傷研究,主要側重于元件損傷的靜態(tài)形貌分析,尚無足夠的支撐KDP晶體損傷動力學過程研究的清晰,完整且系統(tǒng)的實驗結果。開展KDP晶體激光誘導下的損傷力學響應行為的研究,對于晶體損傷動力學的探索和損傷模型的建立具有重要意義。本文設計并搭建了泵浦—探測法和干涉測量相結合的納秒級時間分辨成像系統(tǒng),用于獲取KDP后表面激光損傷過程的動態(tài)行為圖像。針對355 nm納秒脈沖激光作用在KDP晶體后表面產(chǎn)生的沖擊波和材料噴濺進行實驗研究,給出了激光誘導等離子體沖擊波、電子密度以及材料噴濺的空間分布和時間演化行為規(guī)律。實驗中的激光通量設置在實際工程應用中的常規(guī)運行通量范圍4-8J/cm2,晶體后表面輻照光斑大小選擇在2 mm量級。本文研究結果表明:紫外激光誘導KDP晶體后表面損傷時,產(chǎn)生速度迅速下降的沖擊波,點爆炸模型可適用于缺陷誘導沖擊波的發(fā)展情形,并依此得到?jīng)_擊波在軸向和徑向的傳播速度;通過干涉條紋的偏移量,計算得到?jīng)_擊波和等離子體的折射率分布及電子密度分布,結果表明等離子體導致的折射率改變量在10-4量級,對應自由電子密度為1018/cm3量級;時間分辨圖像很清晰地展示了噴濺隨時間發(fā)展的演化階段,起初幾百ns過程中噴濺隨著沖擊波一起擴散,主要形態(tài)為細小粉末,10μs延時下后表面有大顆粒噴濺物出現(xiàn),一直持續(xù)到幾百微秒后噴濺過程結束;同時總結了多發(fā)次激光作用下的晶體后表面噴濺行為發(fā)展規(guī)律,主要受缺陷誘導機理作用;對多發(fā)次損傷造成的噴濺距離進行了觀察和分析,總結了噴濺物的尺寸和噴濺距離隨發(fā)次的增長規(guī)律。本文給出了KDP晶體后表面在激光損傷過程中的力學響應動態(tài)行為的空間發(fā)展和時間演化規(guī)律,為進一步建立紫外損傷動力學模型,揭示KDP晶體紫外損傷機理提供實驗參考,為工程上的實際應用提供支持。
【學位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TN249
【圖文】：

1.2 國內外在該方向的研究現(xiàn)狀及分析自從激光引入到工程應用中，激光的損傷問題就一直被人們密切關注。1964年 C.R.Giuliano 首次對激光誘導光學材料的損傷機理進行了研究[10]。研究的初期把關注點放在損傷過程結束后的靜態(tài)檢測，分析激光參數(shù)對造成的損傷形態(tài)的影響；之后由于電子科學技術的發(fā)展和時間分辨技術的進步，人們開始著重于研究損傷的動態(tài)行為過程。1.2.1 激光損傷特征與機理的研究現(xiàn)狀2005 年的美國 Lawrence Livermore National Laboratory 的 C. W. Carr，M.D. Feit 等人給出了 KDP 晶體損傷的基本形貌特征，研究了激光參數(shù)(包括脈沖波形、脈沖持續(xù)時間、波長和通量)對 KDP 晶體損傷密度和損傷尺寸大小的影響[11]。其實驗結果表明 pinpoint 的密度強烈依賴于激光通量，脈沖波形，持續(xù)時間和波長，其中對波長有高的靈敏度，而 pinpoint 的大小對波長不敏感，只與激光通量有關。下圖 1-1 是分別在明場顯微鏡、SEM 掃描電鏡和 2D 拉曼光譜儀中觀察得到的針尖損傷的圖像。

哈爾濱工業(yè)大學工學碩士學位論文年美國 Lawrence Livermore National Laboratory 的 P. 等人進一步分析了 KDP 晶體的損傷形態(tài)特征及其與激擬頻率轉換晶體在工程上實際工作的情況，他們考慮在損傷實驗[12]。實驗中使用脈寬為 4 ns 的 532 nm 激光和m紫外激光，使用 He-Ne 光照射晶體的損傷區(qū)域，散射光損傷點的大小和個數(shù)，圖 1-2 為實驗裝置圖。圖 1-3 是在激光單獨和共同作用下的損傷行為的差異，可以看出，下產(chǎn)生的損傷點密度是遠大于任一單獨波長的激光輻照

光和 355 nm激光單獨和共同作用下的損傷行為的差異，可以看出，在兩種波長的激光輻照下產(chǎn)生的損傷點密度是遠大于任一單獨波長的激光輻照下的損傷點密度。圖 1-2 P.DeMange 和 R.A.Negres 的部分實驗裝置圖[12]

【參考文獻】

相關期刊論文 前8條

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本文編號：2793338